向家壩水電站左岸邊坡水毀原因分析及修復(fù)施工工藝

周 敏，楊根錄，周建兵

(中國三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610000)

向家壩水電站是金沙江下游河段規(guī)劃的最末一個梯級，壩址位于四川省宜賓縣和云南省水富縣交界處。工程的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，同時改善航運(yùn)條件，兼顧防洪、灌溉，并具有攔沙和對溪洛渡水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等作用[1]。

左岸護(hù)岸水毀部位位于向家壩左岸導(dǎo)流明渠下游末端位置，護(hù)坡經(jīng)長期運(yùn)行，在2012年汛期局部發(fā)生垮塌，于2013年三期臨時圍堰下基坑道路施工時被發(fā)現(xiàn)，混凝土面板以下坡體被掏空，面板損壞，上下游方向長約22.3 m，缺口周邊混凝土面板亦存在一定的沉降變形，底部預(yù)計在江水位以下。為確保岸坡護(hù)岸穩(wěn)定，后期通航不受影響，進(jìn)行了勘查和修復(fù)處理。

1 地質(zhì)勘查與原因分析

因水毀部位大部分被下基坑道路覆蓋，向家壩工程建設(shè)部及時組織勘查單位在已發(fā)現(xiàn)水毀區(qū)周邊布置地質(zhì)勘查孔，對破壞范圍和程度進(jìn)行了補(bǔ)充勘查(見圖1)。結(jié)果顯示，上游側(cè)各孔層次結(jié)構(gòu)正常，混凝土厚度合理，基巖較完整，基巖頂面高程與原素描圖反映的開挖情況基本相符，也未出現(xiàn)掉鉆等異?，F(xiàn)象，說明護(hù)坡結(jié)構(gòu)基本未損壞。中間水毀區(qū)勘查孔部分沒有揭露鋼筋混凝土或混凝土厚度相差較大，且多孔出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，說明水毀段的護(hù)坡趾板大多已沖毀，面板下已掏空，面板已破裂，大部分已垮塌。下游側(cè)各孔揭露鋼筋混凝土的位置與原護(hù)坡設(shè)計圖基本一致，但部分孔出現(xiàn)了掉鉆現(xiàn)象，說明該部位混凝土護(hù)腳墻基本未損壞，但墻下土夾石基礎(chǔ)已被掏涮，局部已形成架空。

圖1 水毀部位圖

根據(jù)勘查情況結(jié)合原護(hù)坡施工資料進(jìn)行分析表明，原護(hù)坡坡腳擋墻基本處在基巖上，但地基巖石為紫紅色泥巖夾灰白色粉砂巖，呈強(qiáng)偏中等風(fēng)化，在江水不斷沖刷下，坡腳混凝土擋墻基礎(chǔ)被掏空，混凝土面板在自重及江水沖擊以及下基坑施工道路填筑對護(hù)坡的重壓下不斷破裂、垮塌。

2 修復(fù)方案制定介紹

2.1 方案比選

根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，初步制定了3個備選方案：方案1是沿水毀區(qū)缺口弧形頂口面布置單排聯(lián)排樁，上下游延伸到未受影響位置，在聯(lián)排樁外側(cè)拋填大塊石進(jìn)行壓腳護(hù)坡，在樁內(nèi)側(cè)面板上鉆孔并灌注自密實混凝土，回填塌陷空腔；方案2是將水毀區(qū)部位開挖至基巖(或完好面板)，在高程260.0 m布置單排聯(lián)排樁，內(nèi)側(cè)按原坡比立模澆筑水下混凝土；方案3是將水毀區(qū)部位開挖至基巖(或完好面板)，坡腳底板開挖搭接平臺，開挖區(qū)域按原坡比和底板高程立模澆筑水下混凝土，塌空區(qū)用自密實混凝土填實。

由于3種方案均不能在汛前施工完成，確保安全度汛以及防止水毀部位范圍不進(jìn)一步擴(kuò)大和減少與下基坑道路的干擾是選定方案的重點(diǎn)，方案2和方案3，可恢復(fù)到原設(shè)計護(hù)岸形態(tài)，保證護(hù)岸的整體協(xié)調(diào)性。但是，需對沖毀部位進(jìn)行大范圍水下開挖，下基坑道路全部中斷。水下清基和澆筑混凝土，施工難度大，質(zhì)量難以保證。而方案1只對局部進(jìn)行開挖，下基坑道路受干擾小，存在聯(lián)排樁施工需利用現(xiàn)有臨時道路作為施工平臺，對交通略有干擾，但聯(lián)排樁需向上下游延伸，對現(xiàn)有完好面板形成機(jī)械損傷。因此，方案1相對較優(yōu)。

2.2 方案介紹

2.2.1 主要設(shè)計指標(biāo)

灌注樁：設(shè)計樁徑1.6 m，樁間距1.7 m，樁底高程245 m，樁長24 m，混凝土強(qiáng)度等級為C30，入槽坍落度20～24 cm，擴(kuò)散度34～40 cm。

灌漿： 灌漿材料采用普通高抗硫酸鹽水泥，灌漿孔孔徑為76 mm，排距1 m、孔距1.5 m，A區(qū)終孔高程245.5 m，C區(qū)終孔高程255 m。

排水孔：管徑76 mm，仰角10°，孔深10 m，入巖土體深度5 m。

2.2.2 實施方案

水毀段修復(fù)部位自上游至下游分為A、B、C三個區(qū)，見圖2所示：A區(qū)、C區(qū)為灌漿處理區(qū)，布置低壓灌漿孔，分別對上下游面板進(jìn)行加固；B區(qū)為水毀區(qū)域，采用灌注樁+混凝土承臺進(jìn)行基礎(chǔ)加固；對承臺以上面板進(jìn)行修復(fù)，面板以下脫空的情況根據(jù)檢查情況進(jìn)行回填固結(jié)處理。

圖2 修復(fù)方案平面布置圖

3 修復(fù)施工工藝

3.1 項目特點(diǎn)和難點(diǎn)

本項目主要特點(diǎn)和難點(diǎn)有以下幾方面。

1)安全風(fēng)險高、施工難度大。由于本項目位于向家壩下游引航道末端，處于江水回流區(qū)，加上修復(fù)施工要在斜坡面上進(jìn)行，不僅作業(yè)面狹窄，而且要臨江作業(yè)，整體管控難度極大。

2)項目繁多、相互干擾大。修復(fù)過程涉及控制性灌漿、灌注樁、混凝土、排水孔和淘空區(qū)回填等項目，相互交叉影響，且與三期臨時圍堰下基坑道路施工相互制約，對施工組織和技術(shù)要求高。

3)施工質(zhì)量要求高。該部位今后將長期受到江水沖刷，目前借助于下基坑道路可形成施工平臺進(jìn)行干地施工，后續(xù)若再次水毀破壞，修復(fù)難度將加大，因此，要確保修復(fù)質(zhì)量。

3.2 修復(fù)施工工藝流程

首先利用下基坑道路形成施工平臺，然后進(jìn)行水毀區(qū)B區(qū)灌注樁施工，原則在不影響的情況下，可同步組織進(jìn)行A區(qū)和C區(qū)灌漿孔施工(見圖3、圖4)。待灌注樁施工完成且強(qiáng)度達(dá)到70%后進(jìn)行淘空區(qū)回填、灌注樁承臺及護(hù)坡混凝土施工，最后進(jìn)行排水孔施工。見圖5所示。

圖3 A區(qū)灌漿孔典型斷面圖

圖4 C區(qū)灌漿孔典型斷面圖

圖5 修復(fù)施工工藝流程圖

灌注樁主要質(zhì)量控制指標(biāo)包括：成孔直徑不得小于設(shè)計樁徑，樁身垂直度允許偏差1.0%，樁位允許偏差不大于100 mm，樁底殘留土厚度不超過20 cm。施工工藝流程見圖6所示。

圖6 灌注樁施工工藝流程圖

A、C區(qū)灌漿施工覆蓋層采用跟管鉆進(jìn)，主要質(zhì)量控制指標(biāo)包括：孔位誤差不超過±5 cm；終孔孔體偏差應(yīng)≤0.23 m；孔斜不大于1%；抬動控制標(biāo)準(zhǔn)為累計抬動不超過200 μm。施工工藝流程見圖7所示。

圖7 灌漿施工工藝流程圖

3.3 異常情況處理

1)灌漿施工異常情況處理。灌漿過程主要異常情況包括注入量大、串漿和灌漿中斷等情況，處理措施主要為：如遇注入率大、灌漿難以正常結(jié)束的孔段時，應(yīng)采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿法灌注，處理后進(jìn)行待凝，待凝后再重新掃孔、復(fù)灌[2]；如串漿孔具備灌漿條件時，應(yīng)“一泵一孔”同時進(jìn)行灌漿。否則，應(yīng)堵塞串漿孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗后繼續(xù)鉆進(jìn)或灌漿；中斷灌漿后，應(yīng)盡快恢復(fù)灌漿，恢復(fù)灌漿時使用開灌水灰比漿液灌注，如恢復(fù)灌漿后，注入率較中斷前減少很多，且在短時間內(nèi)停止吸漿，應(yīng)根據(jù)實際情況，研究制定專項措施。

2)灌注樁施工異常情況處理。灌注樁施工過程中主要異常情況包括漏漿、堵塞導(dǎo)管和塌孔等情況，處理措施主要為：若發(fā)生漏漿，采用回填粘性土料加片石并用鉆頭沖擊擠壓密實，或采用回填膨脹粉、草末、稻殼、石灰、孔底注水泥濃漿、灌注低標(biāo)號混凝土等方式堵塞架空層；若發(fā)生堵管，使用沖擊鉆吊具將導(dǎo)管吊起，用鉆機(jī)的最小沖程給導(dǎo)管施加抖動，同時不斷注入混凝土。如混凝土仍無法灌入則將鋼筋籠提出，使用沖擊鉆在原孔位重新鉆鑿成孔；若發(fā)生塌孔，采用渣土料回填槽孔至塌孔位置以上1.5m，再用沖擊鉆機(jī)夯實，擠密孔壁。若塌孔較嚴(yán)重，可采用直升導(dǎo)管法回填灌筑低標(biāo)號混凝土填平，重新造孔[3]；當(dāng)導(dǎo)管被埋時，采用液壓千斤頂配以擔(dān)梁將導(dǎo)管提出，然后重新下設(shè)導(dǎo)管，并用小抽筒將導(dǎo)管內(nèi)泥漿抽出后繼續(xù)澆筑混凝土。

4 成果檢查

施工完成后，采取聲波透射法和低應(yīng)變法[4]對25根灌注樁進(jìn)行樁身完整性檢測，檢查結(jié)果顯示：灌注樁主要為Ⅰ類樁，少量Ⅱ類樁，Ⅲ類樁輕微缺陷主要表現(xiàn)為樁頭強(qiáng)度略低，但不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮，無Ⅲ、Ⅳ類樁，灌注樁施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求。A、C灌漿區(qū)經(jīng)灌后壓水檢查，透水率滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

水毀破壞在水利工程中較為常見，修復(fù)方案的制定因破壞形式、范圍和程度等因素的差異而不同。本工程修復(fù)涵蓋了樁基、灌漿和混凝土等眾多項目，具有干擾因素多、施工難度大、安全風(fēng)險高等特點(diǎn)，典型性較強(qiáng)，項目完工驗收至今，經(jīng)多年實踐檢驗，證明了修復(fù)方案是可行的，修復(fù)結(jié)果是成功的。為此，本文從地質(zhì)勘查、方案比選制定到現(xiàn)場組織實施、質(zhì)量檢查等全過程，總結(jié)介紹了工程的修復(fù)經(jīng)驗，希望能為類似工程的實施提供參考。